專利名稱：一種精確測(cè)量同步馬達(dá)初始磁極角的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電梯系統(tǒng)中同步馬達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種精確測(cè)量同步
馬達(dá)初始磁極角的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在電梯系統(tǒng)當(dāng)中，基于曳引機(jī)效率的考慮，原先的異步曳引機(jī)已廣泛地被同步曳 引機(jī)取代。原先的異步曳引機(jī)只需要配合ABZ型的增量式編碼器即可進(jìn)行測(cè)速，從而實(shí)現(xiàn) 電梯的速度控制。當(dāng)使用同步曳引機(jī)之后，一般常用的是一種是UVW+ABZ方波的編碼器。一 種是SIN/COS的編碼器。UVW編碼器有磁極之分，需要和主機(jī)的磁極對(duì)數(shù)一樣。而SIN/COS 編碼器本質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)變壓器，則輸出正/余弦模擬信號(hào)，經(jīng)處理后送給主機(jī)。UVW+ABZ編碼 器和sincos編碼器較ABZ的編碼器要貴許多，那同步曳引機(jī)配合ABZ編碼器是否可行呢？
在電梯應(yīng)用領(lǐng)域中，當(dāng)使用UVW+ABZ方波的編碼器或sincos編碼器時(shí)，若想更換 編碼器，需要學(xué)習(xí)Z脈沖所對(duì)應(yīng)的磁極角，一種常見的方法是在曳引機(jī)空載且松閘的情況 下，采用直流定位的方法，將轉(zhuǎn)子磁極定位在某一角度，然后旋轉(zhuǎn)，記下遇到Z脈沖時(shí)所對(duì) 應(yīng)的磁極角并記錄在記憶單元中。這樣的操作方法，則需要卸掉鋼絲繩，維保人員操作起來 特別麻煩。因此有必要開發(fā)出一種在抱閘的情況下精確獲取同步曳引機(jī)轉(zhuǎn)子磁極所在位置 的方法。 在抱閘情況下獲得同步曳引機(jī)轉(zhuǎn)子磁極所在位置，傳統(tǒng)方法為輸出電壓幅值恒 定，方向不同的電壓矢量，觀察D軸方向的電流大??；電流越大，說明D軸方向與轉(zhuǎn)子磁極方 向越接近。如圖la-圖ld所示，在一個(gè)電周期內(nèi)，分配12個(gè)電壓空間矢量，每個(gè)矢量間隔 電角度為3(T電角度；12個(gè)電壓空間矢量持續(xù)時(shí)間相同。在每個(gè)電壓矢量作用期間，需要 至少檢測(cè)兩相的相流幅值，以施加電壓矢量的方向?yàn)閐軸，進(jìn)行坐標(biāo)變換，比較各自對(duì)應(yīng)的 dq坐標(biāo)系下d軸方向的電流輻值大小，電流幅值最大的對(duì)應(yīng)的空間矢量所在的角度為初步 得到的轉(zhuǎn)子位置e 。 在初步得到轉(zhuǎn)子位置之后，對(duì)電角度繼續(xù)進(jìn)行細(xì)分后得到較為精確的的轉(zhuǎn)子位
置。該步驟施加電壓空間矢量的規(guī)則如下在轉(zhuǎn)子位置e兩邊e -15， e +15電角度位置分 別施加相同幅值，持續(xù)時(shí)間相同的電壓空間矢量。在每個(gè)空間電壓矢量作用期間，至少檢測(cè)
電機(jī)兩相的相電流，以空間電壓矢量方向?yàn)閐軸，對(duì)電流過行坐標(biāo)變換，比較各自對(duì)應(yīng)的dq 坐標(biāo)系下d軸方向的電流輻值大小，電流幅值最大的對(duì)應(yīng)的空間矢量所在的角度為初步得
到的轉(zhuǎn)子位置e。依此類推，在電流采樣精度允許的情況下，可以將電角度進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)
分，從而得到更高精度的轉(zhuǎn)子位置。 但是這種方法所獲得的轉(zhuǎn)子位置的精度，更多地依賴于電流采樣的精度。當(dāng)在實(shí)
際轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行細(xì)分時(shí)，d軸的電流變化很小，通過這種方法，極有可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，從而 并不可能獲得較高精的轉(zhuǎn)子位置。 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種精確測(cè)量永磁同步電機(jī)的初始轉(zhuǎn)子位置
的方法，旨在解決上述問題的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種精確測(cè)量同步馬達(dá)初始磁極角的檢
測(cè)方法。該方法使變頻器在同步馬達(dá)配ABZ編碼器的情況下完成驅(qū)動(dòng)控制，以最大的轉(zhuǎn)矩
起動(dòng)。同時(shí)也成功地解決了在抱閘的情況下檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的問題，在更換編碼器時(shí)，無
需卸掉鋼絲繩，從而節(jié)省了電梯維護(hù)成本且極大地方便了電梯的使用及維護(hù)。 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明方案是通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)的 包括將同步馬達(dá)的360度電角度等分為N等分，N必須大于等于8，采用給電機(jī)電
樞繞組施加幅值相等、持續(xù)時(shí)間相同的電壓空間矢量，采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，在假定
的D軸上觀察D軸的電流大小并進(jìn)行比較，D軸電流幅值越大，假定D軸與真實(shí)磁極角越接
近，用于判斷初始磁極角的大概位置。 還包括在精確細(xì)分時(shí)，采用給電機(jī)電樞繞組施加幅值相等，持續(xù)時(shí)間相同的電壓 空間矢量，采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，在假定的Q軸上觀察Q軸的電流大小并進(jìn)行比較， Q軸電流幅值越小，假定D軸與真實(shí)磁極角越接近，用于判斷初始磁極角的精確位置。
具體實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟1 :首先將同步馬達(dá)的360度電角度等分為N等分，N必須大于等于8，相鄰的 電角度差為A e。 = 360/N。假定轉(zhuǎn)子D軸就在這等分后的位置上。然后在各個(gè)等分的位 置上給電機(jī)電樞繞組施加固定時(shí)間的恒定電壓矢量。采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，進(jìn)行坐 標(biāo)變換，計(jì)算假定D軸上的電流幅值。在假定的D軸上觀察D軸電流的峰值幅值，D軸電流 越大，說明假定的D軸與實(shí)際馬達(dá)的磁極所在位置越接近； 步驟2 :由步驟1大概地獲得轉(zhuǎn)子磁極所在位置》，然后，在磁極所在位置附近偏
差角度Ae 二士AejAe工二Ae 。/2)電角度的方向分別施加同步驟l幅值相同、持續(xù)
時(shí)間相同的電壓矢量。采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算在垂直于假定D軸 的假定Q軸上的電流幅值。比較假定Q軸上電流幅值大小，然后選取假定Q軸幅值較小的 電壓矢量方向?yàn)榕c馬達(dá)實(shí)際磁極更為接近的方向； 步驟3 :采用二分法，在步驟2獲得的方向上偏差a e 2 = ± a e ^0. 5偏差角的 方向，分別施加同步驟1相同幅值的電壓矢量，在垂直于假定D軸的假定Q軸上比較在假定 Q軸的電流幅值大小，然后選取假定Q軸電流幅值較小的電壓矢量方向?yàn)榕c馬達(dá)實(shí)際磁極
更為接近的方向； 步驟4 :重復(fù)執(zhí)行步驟3，直到得到真實(shí)地磁極角位置為止。 采用了本發(fā)明方法后，同步曳引機(jī)只需要裝配ABZ編碼器即可，而不需使用價(jià)格 昂貴的UVW+AB型編碼器或SinCos編碼器，極大地節(jié)省了系統(tǒng)的成本。 同時(shí)，這種在抱閘磁極推定技術(shù)，經(jīng)多次測(cè)試，推定出來的磁極角與實(shí)際磁極角誤 差很小。準(zhǔn)確的磁極角為同步曳引機(jī)的高效率運(yùn)行提供了保障，滿足同步曳引機(jī)應(yīng)用要求。 由于采用了相對(duì)便宜的ABZ編碼器，使得曳引機(jī)的整體成本降低。 另外，這種在抱閘磁極推定技術(shù)，在更換編碼器時(shí)，無需卸掉鋼絲繩，極大地方便 了電梯維保作業(yè)。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖la、圖lb、圖lc、圖ld為傳統(tǒng)同步馬達(dá)磁極角檢測(cè)方法的示意圖； 圖2為同步馬達(dá)磁極所在位置與假定磁極所在位置示意圖； 圖3為同步馬達(dá)磁極角檢測(cè)的流程圖； 圖4a、圖4b為同步馬達(dá)磁極角檢測(cè)原理分析圖。 圖4c為同步馬達(dá)的勵(lì)磁曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 參見圖4a，4b，圖中ABC為靜止的三相坐標(biāo)系，D代表假定的D軸所在的方向，其與 靜止坐標(biāo)系的A軸之間的夾角為、。同步馬達(dá)鐵心一般設(shè)計(jì)的額定工作點(diǎn)在如圖4c圖所 示勵(lì)磁曲線的A點(diǎn)。當(dāng)在磁極N極所在方向施加電壓空間矢量時(shí)，就會(huì)在磁極N極所在的 方向產(chǎn)生電流。 如圖4a所示，帶箭頭的實(shí)線表示由于定子電流所產(chǎn)生的定子磁鏈方向，帶虛線的 箭頭代表永磁體轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁鏈方向。定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁鋼本身所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向 相同，使得經(jīng)過氣隙和鐵心磁場(chǎng)加強(qiáng)，定子鐵心更加飽和，使得馬達(dá)工作點(diǎn)變?yōu)閳D4c圖所 示的B點(diǎn)，引起曲線的斜率變小，也即d軸電感變小。于是在施加幅值相同、持續(xù)時(shí)間相同 的電壓空間矢量時(shí)，也即定子磁鏈相同時(shí)，根據(jù)A = / Avdt = / L*Aidt公式可知，在d 軸產(chǎn)生的電流Aii變大。相反，當(dāng)在磁極S極所在方向施加電壓空間矢量時(shí)，就會(huì)在磁極S 極所在的方向產(chǎn)生電流。 如圖4b所示，帶箭頭的實(shí)線表示由于定子電流所產(chǎn)生的定子磁鏈方向，帶虛線的 箭頭代表永磁體轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁鏈方向。定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁鋼本身所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向 相反，使得經(jīng)過氣隙和鐵心磁場(chǎng)減弱，定子鐵心變得更不飽和，工作點(diǎn)變?yōu)閳D4c圖所示的C 點(diǎn)，引起曲線的斜率變大，也即d軸電感變大，于是在施加幅值相同、持續(xù)時(shí)間相同的電壓 空間矢量時(shí)，也即定子磁鏈相同時(shí)，根據(jù)A = / Avdt = / !^Aidt公式可知，在d軸產(chǎn)生 的電流A^變小。 基于此原理，首先將同步馬達(dá)的360度電角度等分為N等分，并假定轉(zhuǎn)子D軸就在 這等分后的位置上。然后在各個(gè)等分的位置上給電機(jī)電樞繞組施加一固定時(shí)間的幅值相同 的電壓矢量。在假定的D軸上觀察D軸電流的峰值幅值，D軸電流越大，說明假定的D軸與 實(shí)際馬達(dá)的D軸越接近。 在初步獲得轉(zhuǎn)子位置之后，在進(jìn)行精確細(xì)分時(shí)，采用比較Q軸電流大小的方法，Q 軸的電流越小，說明該位置與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置更接近。其原理分析如下 假設(shè)D軸電感為L(zhǎng)d，Q軸電感如Lq，假設(shè)在離真實(shí)D軸A 9角所在的位置施加電 壓空間矢量，持續(xù)時(shí)間為T。如圖2所示，假設(shè)施加的電壓矢量為f ，其幅值為V，則其投影到 真實(shí)DQ軸的電壓為 忽略電阻的影響，則在時(shí)間T內(nèi)，在真實(shí)D軸和Q軸產(chǎn)生的電流為

/r(rcosA^/(z^r) /《=(rsi,/(vr)
因此，在假定DQ軸上產(chǎn)生的電流為
/rf =/rf*cosA(9 + /。*sinA6> = —*(
+
A =* sin A6> +/《* cos A6>
乙
乙 通過/9表達(dá)式可以看出，當(dāng)A e小于45°時(shí)，估計(jì)出來的D軸與真實(shí)的D軸越接 近，g卩A e越小，h幅值越小。因此，在估計(jì)出來的D軸與真實(shí)轉(zhuǎn)子位置相差小于45。時(shí)， 在精確過行細(xì)分時(shí)，可以通過判斷^的大小來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)離真實(shí)DQ軸A e工所在位置施加電壓空間矢量時(shí)，在假定的DQ軸上產(chǎn)生的電 流為
乙
4
FsinA61， cosA《1 1 、
-]-L*(--+ —)
乙丄
— w —《 因此當(dāng)離真實(shí)DQ軸A 92所在位置施加電壓空間矢量時(shí)，在假定的09軸上產(chǎn)生 的電流為
5 F^cos2A《 sin2A(92
r 、 乙 乙
)—FsinA<92 cosA<92
"2 =-(一
r
丄+丄) ^丄乂
《
則兩次所產(chǎn)生的電流差異為
F *丄《_ U
77 2丄(iL《
(cos2A<92 -COS2AI9J 貝U
a; 7 ) 「*丄"一丄《
— sin2A(92-sin2A《
(sin2A6>2-sin2A6V
1
Ah cos2A<92-cos2A《 可見，當(dāng)A e"A 92小于22. 5°時(shí)，通過比較Q軸上的電流大小比通過比較D軸 上電流大小來說解析度要高。因此，通過比較Q軸上的電流大小所獲得的轉(zhuǎn)子磁極位置比 通過比較D軸上的電流大小所獲得的轉(zhuǎn)子位置要精確得多。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)
6人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種精確測(cè)量同步馬達(dá)初始磁極角的檢測(cè)方法，其特征在于，所述將同步馬達(dá)的360度電角度等分為N等分，N必須大于等于8，采用給電機(jī)電樞繞組施加幅值相等、持續(xù)時(shí)間相同的電壓空間矢量，采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，在假定的D軸上觀察D軸的電流大小并進(jìn)行比較，D軸電流幅值越大，假定D軸與真實(shí)磁極角越接近，用于判斷初始磁極角的大概位置；所述在精確細(xì)分時(shí)，采用給電機(jī)電樞繞組施加幅值相等，持續(xù)時(shí)間相同的電壓空間矢量，采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，在假定的Q軸上觀察Q軸的電流大小并進(jìn)行比較，Q軸電流幅值越小，假定D軸與真實(shí)磁極角越接近，用于判斷初始磁極角的精確位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的精確測(cè)量同步馬達(dá)初始磁極角的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方 法的具體步驟包括① 首先將同步馬達(dá)的360度電角度等分為N等分，N必須大于等于8，相鄰的電角度差 為A 9 。 = 360/N ;假定轉(zhuǎn)子D軸就在這等分后的位置上；然后在各個(gè)等分的位置上給電機(jī) 電樞繞組施加固定時(shí)間的恒定電壓矢量；采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算 假定D軸上的電流幅值；在假定的D軸上觀察D軸電流的峰值幅值，D軸電流越大，說明假 定的D軸與實(shí)際馬達(dá)的磁極所在位置越接近；② 由步驟①大概地獲得轉(zhuǎn)子磁極所在位置^然后，在磁極所在位置附近偏差角度Ae二士AejAe工二Ae 。/2)電角度的方向分別施加同步驟l幅值相同、持續(xù)時(shí)間相同的電壓矢量；采樣至少兩相電機(jī)繞組電流，進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算在垂直于假定D軸的假定 Q軸上的電流幅值；比較假定Q軸上電流幅值大小，然后選取假定Q軸幅值較小的電壓矢量 方向?yàn)榕c馬達(dá)實(shí)際磁極更為接近的方向；③ 采用二分法，在步驟②獲得的方向上偏差a e2 = ±a e^o.5偏差角的方向，分別施加同步驟1相同幅值的電壓矢量，在垂直于假定D軸的假定Q軸上比較在假定Q軸的電 流幅值大小，然后選取假定Q軸電流幅值較小的電壓矢量方向?yàn)榕c馬達(dá)實(shí)際磁極更為接近 的方向；④ 重復(fù)執(zhí)行步驟③，直到得到真實(shí)地磁極角位置為止。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精確測(cè)量同步馬達(dá)初始磁極角的檢測(cè)方法，該方法使變頻器在同步馬達(dá)配ABZ編碼器的情況下完成驅(qū)動(dòng)控制，以最大的轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。同時(shí)也成功地解決了在抱閘的情況下檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的問題，在更換編碼器時(shí)，無需卸掉鋼絲繩，從而節(jié)省了電梯維護(hù)成本且極大地方便了電梯的使用及維護(hù)。采用了本發(fā)明方法后，同步曳引機(jī)只需要裝配ABZ編碼器即可，而不需使用價(jià)格昂貴的UVW+AB型編碼器或SinCos編碼器，極大地節(jié)省了系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)H02P6/14GK101764556SQ20091020090
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者吳志敢, 胡亞山 申請(qǐng)人:上海永大吉億電機(jī)有限公司